黄河河口镇至潼关区间降雨变化及其水沙效应

发布时间：2017-12-26 06:15

本文关键词：黄河河口镇至潼关区间降雨变化及其水沙效应　出处：《西北农林科技大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：黄河以水少沙多、水沙异源而闻名,治黄的根本在于治沙。据多年平均资料,黄河泥沙有近九成来自水土流失严重且流经黄土高原的黄河中游河口镇至潼关区间地区。20世纪80年代以来,黄河输沙量显著减小,特别是近十余年的减小尤为显著,其减小原因颇受关注。本文基于黄河中游河口镇至潼关区间(简称河潼区间)26个气象站1958-2013年实测降雨量、河口镇和潼关断面的水文站径流量和输沙量为基础,采用趋势分析、空间插值、经验函数正交分解、双累积曲线、集合经验模态分解和Hurst指数等方法,系统分析了河潼区间降雨特征量的时空分布、变化趋势和周期性等特征。运用水土保持水沙效应评价的水文方法,并结合研究区水沙变化已有研究成果,建立径流量或输沙量与特征降雨指标的关系,定量评估降雨对河潼区间径流和输沙量变化的影响。取得如下主要结论:(1)在研究时段内黄河河潼区间来水来沙量呈现显著减少趋势。Mann-Kendall检验表明:研究区来水量MK统计检验值Z=-6.18(P0.01),来沙量MK统计检验值Z=-6.45(P0.01),均呈显著减少趋势。河潼区间输入黄河的水量和沙量,与1958-1979年相比,1980-2013年来水及来沙量分别减少了40.9%和61.4%,特别是2000-2013年分别减少了56.6%和82.2%。(2)河潼区间不同等级降雨指标、汛期降雨和主汛期降雨年际变化趋势不显著。研究区汛期降雨量和主汛期降雨量都有下降的倾向,但并未通过统计学的显著性水平检验。河潼区间大于12 mm侵蚀性降雨量(R12)及降雨日数(RD12)、大雨降雨量(R25)及大雨日数(RD25)、以及暴雨量(R50)及暴雨日数(RD50)的MK检验表明,年际变化均未表现出统计学上的显著增加或减少的趋势。通过对河潼区间26站三类降雨六指标(即R12、RD12、R25、RD25、R50、RD50)的系统分析,与1958-1979年相比,1980-2013年及2000-2013年侵蚀性降雨、大雨及暴雨量及其日数,有减小趋势的较多,但其减少幅度均很小。不同水土流失类型区,与1958-1979年相比,1980-2013年及2000-2013年时段侵蚀性降雨、大雨和暴雨日数及其雨量整体上有减少趋势,但年均减少日数不到1天,年均不同等级降雨量减少多在15 mm以内。进一步比较河潼区间水沙变化过程与侵蚀性降雨、大雨及暴雨量和日数的变化过程,在侵蚀性特征降雨未发生显著趋势性变化情况下,径流量和输沙量呈显著趋势性及其阶梯性减少。(3)河潼区间降雨年内分配集中度高,降雨集中度指数年际间变化趋势不显著。研究区1958-2013年降雨集中度指数CI和PCI均有线性上升的倾向,但趋势不显著(未达到0.05信度水平)。26个气象站中,有15个站PCI指数呈现上升趋势,11个站呈现下降趋势,然而,除西安站通过了P0.05的上升的显著性水平检验,其余站的趋势均未能通过0.05信度的显著性水平检验。在季节上,CI指数在季节尺度上分布复杂,表现为:在春季和冬季一些月份,降雨的分布规律性更强。与此相反,在夏季,CI指数数值都比较大,特别是在河潼区间的东部区域。在CI和PCI指标四季变化趋势上,绝大多数站PCI指数都没有表现出明显的趋势性变化。而除了西安站外,其他站点的CI指数在冬季都呈现极显著增加趋势。(4)年降雨量、年汛期降雨量和主汛期降雨量具有周期性、维持现状水平的趋势性和在1960-1970年间发生突变。通过EEMD分解研究区汛期和主汛期降雨均得到四个模态和一个趋势项。对于汛期降雨,在IMF1尺度下,降雨周期为2.3-3.1年;在IMF2尺度下,降雨周期变化在4.3-6.2年之间;在IMF3尺度下,降雨周期的范围在8.0-14.0年;在IMF4尺度下,降雨周期的范围在18.6-48.1年。但是,通过显著性水平检验的仅有IMF2尺度下的临汾站,IMF4尺度下的绥德、离石和延安站。对主汛期降雨,在IMF1尺度下,降雨周期的范围在2.3-3.1年;在IMF2尺度下,降雨周期的范围在4.3-7.0年;在IMF3尺度下,降雨周期为8.0-14.0年;在IMF4尺度下,降雨周期的范围在18.5-47.8年。但是,通过显著性水平检验的仅有IMF1尺度下的横山站,IMF2尺度下的西峰站,IMF3尺度下的绥德站和隰县站,IMF4尺度下的离石、延安、运城和宝鸡站。最后,Hurst指数分析表明:在河潼区间绝大多数站汛期和主汛期降雨量未来的变化将会维持现今的变化趋势。(5)基于水土保持水沙效应评价的水文法原理,构建了河潼区间径流量/输沙量与特征降雨指标统计模型。根据确定的径流量突变点,将研究期划分为三个时段,即1958-1984年为基准期,1985-2013年和2000-2013年为变化期,利用基准期水沙及降雨构建降雨-径流或输沙关系模型,分析了1958-2013年不同时期降雨变化对径流量变化的影响。降雨变化对于1985-2013年时段河潼区间径流量减少的贡献率为18.7%、对2000-2013年河潼区间径流量减少的贡献率为6.5%。根据输沙量突变点为1979年,将研究期划分为三个时段,即1958-1979年为基准期,1980-2013年和2000-2013年为变化期,根据已构建的降雨-输沙量关系模型,估算了1958-2013年降雨变化对输沙量减少的作用。降雨变化对于1980-2013年时段河潼区间输沙量减少的贡献率为8.7%、对2000-2013年河潼区间输沙量减少的贡献率为9.0%。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P333

【参考文献】